8位伪随机数列发生器天津工业大学理学院XXXXXXXXXX2011年12月09日背景如果一个序列，一方面它是可以预先确定的，并且是可以重复地生产和复制的；一方面它又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性），我们便称这种序列为伪随机序列。
因此可以说，伪随机序列是具有某种随机特性的确定的序列。
它们是由移位寄存器产生确定序列，然而他们却具有某种随机序列的随机特性。
因为同样具有随机特性，无法从一个已经产生的序列的特性中判断是真随机序列还是伪随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。
伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。
这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用，特别是在CDMA系统中作为扩频码已成为CDMA技术中的关键问题。
伪随机序列的特性对系统的性能有重要的影响，因此有必要了解和掌握伪随机序列的的概念和特性。
原理伪随机数列的概念与特性伪随机数列也称作PN码。
它具有近似随机数列（噪声）的性质，它的相关函数接近白噪声的相关函数 (Δ函数 ),即有窄的高峰或宽的功率谱密度 ,使它易于从其他信号或干扰中分离出来。
而又能按一定的规律（周期）产生和复制的序列。
因为随机数列是只能产生而不能复制的，所以称其为“伪”随机数列。
广泛应用于通信、雷达、导航等重要的技术领域。
近年来 ,在自动控制、计算机、声学、光学测量、数字式跟踪和测距系统 ,以及数字网络系统的故障分析检测也得到广泛的应用。
伪随机数列具有这样的特点：（1）每个周期中，“1”码出现2n-1次，“0”码出现2n-1次，即0、1出现概率几乎相等。
（2）序列中连1的数目是n，连0的数目是n-1。
（3）分布无规律，具有与白噪声相似的伪随机特性。
M序列m序列码发生器是一种反馈移位型结构的电路，它由n位移位寄存器加异或反馈网络组成，其序列长度M＝2n-1，只有一个多余状态即全0状态，所以称为最大线性序列码发生器。
由于其结构已定型，且反馈函数和连接形式都有一定的规律，因此利用查表的方式就设计出m序列码。
列出部分m序列码的反馈函数F和移存器位数n的对应关系。
如果给定一个序列信号长度M，则根据M＝2n-1求出n，由n查表便可以得到相应的反馈函数F。
m序列的性质：均衡特性（平衡性）、游程特性（游程分布的随机性）、移位相加特性（线性叠加性）、自相关特性、伪噪声特性。
四级移位寄存器构成的m序列：a a a a从原理框图可以看出，要实现该功能的电路必须用到异或门。
M序列M序列是一种非线性的伪随机序列，它是最长序列，也是有由非线性移位寄存器产生的码长为2n的周期序列。
因为M序列已达到n级移位寄存器所能达到的最长周期，所以又称为全长序列。
M序列的构造可以在m序列的基础上实现。
由于m序列包含了2n-1个非零状态，仅缺一个0状态，因此，只要在m 序列适当的位置插入一个0状态，即可完成码长为2n-1的m序列向码长为2n 的 M序列的转换。
对于任意的自然数n，一定有n级M序列以及产生此M序列的n级移位寄存器存在。
n级M序列的总长为M=2(2 -n)n当n>4时，M序列比m序列的数目多得多，这对某些需要地址序列很多的应用场合提供了灵活的选择。
四级移位寄存器构成的M 序列：从原理框图可以看出，要实现该功能的电路必须用到异或门，及与门来完成对000状态的检测。
电路设计方案A-采用数字逻辑电路来实现 M 序列发生器电路及原理采用数字逻辑电路来实现 M 序列发生器 ,利用 D 触发器作为延时器件 ,若D 触发器为 0状态 ,D 输入端为 1,清零端和使能端均为 1,当时钟脉冲上升沿到来时 ,则触发器翻转。
在脉冲为 1期间 ,由于 D 触发器维持阻塞作用 ,使其状态保持不变直到下一个脉冲上升沿的到来 ,在D 触发器维持阻塞作用aa a a000状态检测器之后 ,D信号就失去了作用。
利用与非门和异或门完成反馈逻辑 ,其中 74L S74为双 D触发器, 74L S175为四 D触发器构成移位寄存器 , 74L S00与非门和 74L S86异或门组成移位寄存器的反馈逻辑。
一种可选择阶数序列发生器的电路原理图如图 1所示 ,其中 CL R为清零信号 , CP为移位寄存器的时钟信号 , SW 2D IP9为拨码开关 ,用来选择寄存器阶数和反馈函数。
可以通过调拨码开关来达到改变序列发生器的阶数的目的 , V out为序列输出。
●仿真结果理论证明可行，multisim仿真时，有一个元件找不到，导致仿真不成功。
方案B-基于MATLAB的伪随机数列发生器●原理我们以 5阶移位寄存器为例，来产生 m序列。
特征多项式（fx）= 1 +x2 +x5为本原多项式，亦即反馈连接形式为［ C1，C2，C3，C4，C5］=［0，1，0，0，1］时，输出序列为 m序列。
以下是产生 m序列的程序代码：fbconnection =［01001］；mseq = m sequence（fbconnection）；保存为mxulie. m，运行后在MATLAB命令窗口输入mseq，返回结果：1000010101110110001111100110100其中自编函数m sequence. m用来产生m序列，输入参数为由本原多项式所对应的反馈连接形式。
其代码如下：function［mseq］= m sequence（fbconnection）；n = length（fbconnection）；N= 2ˆn-1；register =［zeros（1，n-1）1］；%定义移位寄存器的初始状态mseq（1）= register（n）；for i=2：Nnewregister（1）= mod（sum（fbconnection. * register），2）；for j=2：n，newregister（j）= register（j-1）；end；register = newregister；mseq（i）= register（n）；end●结果虽然有很好的实用价值，但是只能作用于电脑，并不能产生实物。
因而不适用于我们的课程要求，。
方案C-应用CPLD设计随机序列发生器●电路及原理应用CPLD技术，设计一个伪随机码脉冲信号发生器电路，所用到的主要元器件有74LS74、EPM7128SLC84—15 MAX 7000可编程逻辑器件及一些门电路等，并利用MAX+PLUS Ⅱ软件来观察电路波形及CPLD综合实验板来检测电路的功能是否达到设计要求。
主要模块核心模块EPM7128SLC84-15开关模块其中核心模块中的4、5、6、8、9、10、11、12号引脚分别连接的开关模块中的8个开关；开关电路的内部电路图为：LED显示模块核心模块中25、27、28、29、30、31、33、34号引脚分别接LED显示模块中的8个LED；LED内部电路为：CPLD具有灵活的可编程逻辑可以方便的实现高速数字信号处理，突破了并行处理、流水级数的限制，有效的利用了片上资源，加上反复的可编程能力越来越受到国内外从事数字信号处理研究者的青睐。
结果硬件达不到要求，并不能产生实物。
因而不适用于我们的课程要求，。
元器件清单元件型号数量74LS175D 374LS74N 174LS86N 274LS04D 174LS00D 1电路安装调试电路焊接正确的焊接方法焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成45°夹角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。
被焊金属未经预热，而将焊锡直接加在烙铁头上，使焊锡直接滴在焊接部位，这种焊接方法常常会导致虚焊。
焊接要素1）焊接温度和时间焊锡的最佳温度为350ºC，温度太低易形成冷焊点，高于400ºC易使焊点质量变差，且容易导致焊盘（铜皮）变形或脱落。
焊接时间：完成润湿和扩散两个过程需2-3S，1S 仅完成润湿和扩散两个过程的35%。
一般IC、三极管焊接时间小于3S，其他元件焊接时间为4-5S。
2) 焊锡量适当焊点上焊锡过少，机械强度低。
焊锡过多，会容易造成绝缘距离减小、焊点相碰或跳锡等现象。
电烙铁使用注意事项电烙铁温度升高后，首先应将烙铁尖点上薄薄的一层焊锡，避免烙铁尖因氧化而不沾锡。
使用过程中，烙铁尖表面应一直保持有薄薄的焊锡层，多余的焊锡可轻轻甩在烙铁架上，或用一块湿布（湿海绵）擦拭一下。
暂时不用时，应将电烙铁温度调至最低。
电路调试焊接完调试不顺利。
重焊也是断路。
感想历时数周的课程设计终于结束。
从结果来看，我们并不非常顺利，但是收获仍然不菲。
首先在拿到题目收集方案的过程中就学到了极多的东西。
伪随机数列由于其在通信中的重要运用，在课程里有学习过相关的理论知识，但是关于具体实现的办法，理论课程并未过深涉及，在查资料的过程中，发现关于伪随机数列的实现办法种类繁多，有使用电脑作为平台的伪随机数列发生的办法，也有作用于硬件的伪随机数列发生器。
有基于F PGA的伪随机数列发生器设计，基于D SP的设计，基于C PL D的设计以及本文采用的基于数字模拟电路的设计。
在找方案选方案的过程中，对原有的理论知识进行了全新的理解和巩固。
也对理论应用所应该关注的外部所需硬件环境和成本有所认识。
方案敲定以后，具体实践时候出了诸多问题，一方面让我们在应对问题中学会灵活运用自己学过的知识，另一方面培养我们的动手和协作的能力。
看似简单的项目，却需要非常耐心和极多精力的投入，还有优势互补的团队合作。
附录1：电路图。